第一篇：基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。

本論文根據(jù)中國(guó)城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。由變頻器、PLC、PID調(diào)節(jié)器和組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組的速度和切換，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理狀態(tài)，保證按需供水。

本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力凋節(jié)。再經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 ；恒壓供水；PID調(diào)節(jié)；PLC Water Supply Control System of Constant Pressure

Based on PLC

With the rapid development of social economy； it demands the better of water supply' s quality and reliability of water supply system.Meanwhile energy resources are seriously lack.So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well，with help of advanced technique of automation，control and communication.At the same time this system can adapt different water supply fields.According to the requirement of China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC.It is consist of the variable frequency and speed regulation，PLC，PID control system for the control system.It controls the outcome of the pumps.The generator pumps are consist of parallel three pumps，and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid.According to the water supply of constant pressure’s outcome water press and flux，the control system control the variable frequency and speed regulation，parallel pumps’ speed and cut over，cause the system move in the best rational situation，assure according to wants supply water.This design has many merits such as save energy.In this paper，the control principle of VVVF providing-water system is introduced，we use PLC to carry on logic control and use inverter to modulate pressure．Through PID control principle.we realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System．The result indicates that the system has the stable pressure，simple structure，and reliable work．

Key words：variable frequency and speed regulation；water supply of constant pressure；PID control system；PLC

目 錄

論文總頁(yè)數(shù)：53頁(yè) 引言 錯(cuò)誤！未定義書簽。

1.1 課題背景及意義

錯(cuò)誤！未定義書簽。

1.2 供水技術(shù)及其發(fā)展 錯(cuò)誤！未定義書簽。

1.3 恒壓供水系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.4 可編程控制器的發(fā)展及應(yīng)用 2 恒壓供水系統(tǒng)介紹

錯(cuò)誤！未定義書簽。

1.5 本文主要內(nèi)容 錯(cuò)誤！未定義書簽。

錯(cuò)誤！未定義書簽。

錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1 當(dāng)前恒壓供水方案比較 2.2 恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 2.3 變頻器介紹

錯(cuò)誤！未定義書簽。

2.3.1變頻器的基本結(jié)構(gòu).....................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.2 變頻器的分類及工作原理........................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.3 變頻器的操作方式及使用........................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.4 變頻器調(diào)速原理........................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4 可編程控制器 錯(cuò)誤！未定義書簽。

2.4.1 可編程控制器的定義................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4.2 可編程控制器的組成................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5 供水系統(tǒng)中的水錘效應(yīng) 3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成

錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。

錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。3 變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。

3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行流程 3.4 泵站的設(shè)置及系統(tǒng)控制要求 3.3 水泵切換條件分析 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.5 控制系統(tǒng)地址分配 錯(cuò)誤！未定義書簽。4 變頻恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。

4.1 PLC及其擴(kuò)展模塊 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2 變頻器

錯(cuò)誤！未定義書簽。

錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3 水泵機(jī)組 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.4 壓力傳感器 4.5 液位變送器

4.6 泵自動(dòng)/手動(dòng)控制設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。5 變頻恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。

5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。

5.2.1系統(tǒng)初始化模塊.........................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.2 增、減泵判斷和相應(yīng)操作模塊................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.3 水泵的軟啟動(dòng)模塊....................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.4 各水泵變頻運(yùn)行控制模塊........................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.5 各水泵工頻運(yùn)行控制模塊........................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2.6 報(bào)警及故障處理模塊................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.3 系統(tǒng)程序編制 錯(cuò)誤！未定義書簽。6 系統(tǒng)仿真 錯(cuò)誤！未定義書簽。

6.1 數(shù)字PID控制技術(shù) 錯(cuò)誤！未定義書簽。6.2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 錯(cuò)誤！未定義書簽。6.3 PID參數(shù)整定 錯(cuò)誤！未定義書簽。結(jié)

論 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。致

謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。聲

明 錯(cuò)誤！未定義書簽。附

錄 錯(cuò)誤！未定義書簽。

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本論文為本人朋友（均為2011屆）的大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)最終版，通過了指導(dǎo)老師和評(píng)閱老師的審核。格式正確，論文詳實(shí)！上傳了部分的初衷是防止出現(xiàn)雷同，完整版本請(qǐng)聯(lián)系本人：1456427153，若本人不在線，請(qǐng)留言！

第二篇：PLC恒壓供水控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

題 目：

專 業(yè)：

設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：葉曉燕

畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生：

學(xué) 號(hào)：

P L C 恒 壓 供 水 控 制 系 統(tǒng)

電 氣 自 動(dòng) 化

阿依別克·哈孜木汗 13030205 P L C恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄

摘要.............................................1.設(shè)計(jì)任務(wù)書.....................................1.2設(shè)計(jì)目的..................................1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求............................1.4設(shè)計(jì)進(jìn)程安排..............................2.PLC恒壓供水控制系統(tǒng)...........................2.1引言......................................2.2恒壓供水PLC控制系統(tǒng)的基本策略............2.3恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成....................2.4 工作原理.................................3.水泵電機(jī)的選擇................................3.1.概述....................................4、PLC的模擬量擴(kuò)展單元的配置和選型.............4.1 PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用

.......4.2 PLC系統(tǒng)的選型

......................5、電控系統(tǒng)的原理圖.............................5.1 主電路圖、..............................6、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)...............................6.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作組數(shù)量的管理

...6.2 臺(tái)組泵站泵組的管理規(guī)范 存入生活/消防頻率下限

..........................................P L C恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.3 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)............設(shè)計(jì)總結(jié)........................................致謝............................................參考文獻(xiàn)

......................................摘要

利用自動(dòng)控制程序PLC恒壓控制三臺(tái)水泵電機(jī)供水給生活小區(qū)生活用水。采用可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的要求，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)工作而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。供水系統(tǒng)選用原則水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度，水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。

關(guān)鍵詞：PLC，自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制指

第三篇：城市恒壓供水PLC控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書

I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：

城市恒壓供水PLC控制系統(tǒng)

II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 1．原始資料：

本控制系統(tǒng)主要對(duì)供水系統(tǒng)水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證用戶或用水設(shè)備所需水壓在規(guī)定范圍內(nèi)。恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、壓力傳感器、調(diào)節(jié)器及變頻器構(gòu)成。

恒壓供水控制系統(tǒng)中產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)越快產(chǎn)生的水壓越高；壓力傳感器主要用于檢測(cè)管路中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，當(dāng)用水量大時(shí)水壓降低，用水量小時(shí)水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中可以設(shè)定管路壓力，接收傳感器送來的管路水壓實(shí)測(cè)值（反饋值），并與給定值進(jìn)行比較，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)（模擬信號(hào)，4~20mA電流信號(hào)或0~10V電壓信號(hào)），本系統(tǒng)由PLC 控制。① 系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)工作方式。② 系統(tǒng)供水壓力范圍為 0.6MPa~0.7 MPa ③ 系統(tǒng)有三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻器，水泵均由75kW的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。自動(dòng)工作方式下，正常工作時(shí)，變頻器首先變頻啟動(dòng)1#電動(dòng)機(jī)工作；在壓力調(diào)節(jié)過程中，如果1#電動(dòng)機(jī)已工作在上限頻率，則1#工頻運(yùn)行，2#變頻運(yùn)行；如果2#電動(dòng)機(jī)工作在上限頻率，則1#工頻運(yùn)行，2#工頻運(yùn)行，3#變頻運(yùn)行；如果當(dāng)變頻泵運(yùn)行頻率達(dá)到下限設(shè)定頻率，則減少一臺(tái)工頻泵運(yùn)行。④ 當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行一天時(shí)，泵號(hào)自動(dòng)切換，每臺(tái)水泵工作情況基本相同，達(dá)到輪流工作目的，減少系統(tǒng)維護(hù)工作。⑤ 手動(dòng)工作方式時(shí)，同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)不進(jìn)行工頻與變頻的切換里，其壓力只受壓力開關(guān)控制。⑥ 采用模擬量輸出（DC0~10V）來控制變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用PID調(diào)節(jié)指令來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水壓。⑦

變頻器的頻率上限值設(shè)置為50Hz，頻率下限值設(shè)置為20Hz，數(shù)據(jù)90ms采樣一次。⑧ 系統(tǒng)有電源指示、工作方式指示、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指示。⑨ 系統(tǒng)有電壓表、電流表指示三相電壓、電流值。⑩ 因管路發(fā)生破裂或某臺(tái)電動(dòng)機(jī)損壞不能正常工作等原因?qū)е鹿苈穳毫^低時(shí)，變頻運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)以最大設(shè)定頻率連續(xù)工作1h以上或電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警指示。2．設(shè)計(jì)技術(shù)要求：

① 要求自行查閱資料，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。② 根據(jù)系統(tǒng)控制要求、主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件程序。③ 要求完成的設(shè)計(jì)能滿足實(shí)際要求，圖面及文字說明表達(dá)簡(jiǎn)潔、清晰、易讀懂，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)范，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)合理可靠，具有一定使用價(jià)值。④ 要求畢業(yè)設(shè)計(jì)論文敘述條理清楚，設(shè)計(jì)、計(jì)算、程序正確，論文格式規(guī)范。III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作步驟：

1．收集有關(guān)資料，寫出開題報(bào)告； 1周 2．分析與研究系統(tǒng)的總體情況；—— 系統(tǒng)工作情況、框圖 1.5周 3．設(shè)備與器件的選擇與計(jì)算；——器件型號(hào)、作用，元器件清單 1.5周 4．硬件電路設(shè)計(jì)； ——硬件電路圖紙 2周

5．軟件程序設(shè)計(jì)；——軟件程序 2周

6．畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 ——修改論文 2周

撰寫畢業(yè)論文一份、繪制圖紙一份 貫穿于其中 Ⅳ、主

要參考資料：

基于PLC和變頻器調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第四篇：關(guān)于PLC與變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)的論文

基于PLC控制的變頻器恒壓供水系統(tǒng)

論 文

目 錄

一、緒論............................................2

二、變頻器應(yīng)用于恒壓供水控制的目的..................2

三、供水系統(tǒng)組成....................................3 3.1、系統(tǒng)原理圖..................................3 3.2、系統(tǒng)原理描述................................4

四、變頻恒壓供水電氣原理............................4 4.1、主電路電氣原理圖............................5 4.2、控制電路電氣原理圖..........................6 4.3、手動(dòng)工頻控制方式............................6 4.4、自動(dòng)變頻控制方式............................7

五、總結(jié)............................................7

六、參考文獻(xiàn)書目....................................9

一、緒論

基于PLC控制的變頻調(diào)速恒壓控制是一項(xiàng)綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，它利用PLC、傳感器、電氣控制設(shè)備、變頻器以及水泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。使供水管網(wǎng)壓力保持恒定。具有自動(dòng)化程度高、調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義?？梢哉f變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。它取代了傳統(tǒng)的水塔或水泵直接加壓供水方式，提高了供水質(zhì)量。節(jié)能效果明顯。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC、變頻器的性能有了極大提高，它可以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停以及內(nèi)置的的PID優(yōu)化算法。不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程。降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，可節(jié)省安裝調(diào)試時(shí)間確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

二、變頻器應(yīng)用于恒壓供水控制的目的

為了提高大范圍變負(fù)荷恒壓供水的控制精度和可靠性。基于PLC控制的變頻器恒壓供水系統(tǒng)：通過供水管道上的遠(yuǎn)傳壓力表，輸出0-10V模擬量信號(hào)送入變頻器，來自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，采用多臺(tái)水泵分級(jí)控制，輪流變頻啟動(dòng)的策略，保持供水管網(wǎng)的壓力恒定。代替?zhèn)鹘y(tǒng)供水方式，達(dá)到供水穩(wěn)定，節(jié)能降 耗的目的。

三、供水系統(tǒng)組成 3.1系統(tǒng)原理圖

3.2系統(tǒng)原理描述

該系統(tǒng)由三臺(tái)水泵、一臺(tái)變頻器、一臺(tái)小型PLC、一塊遠(yuǎn)傳壓力 表（壓力傳感器）一塊浮球液位檢測(cè)器組成。壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為0-10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送進(jìn)變頻器模擬量輸入端，變頻器通過內(nèi)部自帶的采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán)，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，當(dāng)變頻器上升至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器運(yùn)算后轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量輸出信號(hào)送給PLC，由PLC進(jìn)行協(xié)調(diào)控制調(diào)節(jié)各臺(tái)水泵電 機(jī)之間的切換運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到恒壓供水的目的。

該系統(tǒng)有各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間循環(huán)功能，通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保 持可以斷電記憶。在單個(gè)泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)依次對(duì)各個(gè)泵進(jìn)行定時(shí)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)換，保證各個(gè)泵之間的磨損平衡。每次起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)1#泵，變頻器根據(jù)壓力的升高逐漸抬高頻率輸出。當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供 水能力時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)上行切換，切換至2#泵進(jìn)行變頻輸出，1#泵進(jìn)行工頻輸出。隨著壓力的提高依次切換至3#泵變頻輸出，2#和1#泵工頻輸出，依次循環(huán)。當(dāng)壓力降低時(shí)時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)下行切換，原則為當(dāng)前正在運(yùn)行的泵運(yùn)行時(shí)間最多的先撤出。直到滿足設(shè)定壓力為止。追求的最終目標(biāo)為壓力恒定。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的 電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在運(yùn)行過程中，始終有液位檢測(cè)傳感器進(jìn)行液位檢測(cè)，若檢測(cè)到液位不足，立即停止系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止水泵空轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)還可通過PLC的內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行自動(dòng)定時(shí)供水，用戶在PLC程序中提前設(shè)定每天最多段（段數(shù)也可設(shè)定）定時(shí)供水，比如早上6 ：00到9：00，中午11：00到2：00等。系統(tǒng)也可外加顯示設(shè)備，動(dòng)態(tài)顯示各種參數(shù)，如設(shè)定壓力，運(yùn)行壓力，水位高度，運(yùn)行方式，各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)，運(yùn)行狀態(tài)，故障信息等等。

四、變頻恒壓供水電氣原理

4.1、主電路電氣原理圖

4.2、控制電路電氣原理圖

4.3、手動(dòng)工頻控制方式

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)為工頻運(yùn)行，按下1#水泵手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，控制器通過編寫的PLC程序讓接觸器1KM1閉合，其余的接觸器斷開，1#水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行，按下停止按鈕，水泵電機(jī)將停止運(yùn)行。需要2#、3#水泵運(yùn)行，依次按下2#、3#時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 6 水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行。該控制方式一般用于當(dāng)變頻器出現(xiàn)問題時(shí)使用。

4.4、自動(dòng)變頻控制方式

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)將投入自動(dòng)變頻控制方式，控制器通過編寫的PLC程序使接觸器KM和1KM閉合，其余的接觸器斷開。變頻器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的，當(dāng)壓力增大時(shí)，將減小輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，減小供水量，當(dāng)壓力減小時(shí)，將增大輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，增大供水量。當(dāng)遠(yuǎn)傳壓力表傳來的模擬壓力信號(hào)持續(xù)增高時(shí)，隨著變頻器輸出頻率的不斷提高，當(dāng)增加到工頻狀態(tài)下時(shí)，變頻器多功能輸出端子MO1將輸出一個(gè)到達(dá)設(shè)定頻率信號(hào)給中間繼電器KA2的線圈，使接著PLC輸入端子的KA2的常開觸點(diǎn)閉合。PLC接收信號(hào)后，根據(jù)編好的程序，使變頻器脫開第一個(gè)泵，對(duì)下一個(gè)泵進(jìn)行變頻控制。若壓力持續(xù)增大則依次循環(huán)。反之則亦是由變頻器測(cè)定頻率降至0時(shí)，通過多功能輸出端MO1將輸出一個(gè)到達(dá)設(shè)定頻率信號(hào)給中間繼電器KA3的線圈，使接著PLC輸入端子的KA3的常開觸點(diǎn)閉合。PLC接收信號(hào)后，根據(jù)編好的程序，控制依次減少泵的工頻使用數(shù)量，以滿足系統(tǒng)壓力需求。

注：水泵不論是手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制，當(dāng)水池?zé)o水時(shí)，液位下限開關(guān)將動(dòng)作，PLC接收動(dòng)作信號(hào)后，按程序執(zhí)行將使電機(jī)停止運(yùn)行，不至于空轉(zhuǎn)。

五、總結(jié)

隨著科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)今的變頻器多是采用全新的空間矢量技術(shù)和 7 特有的軟件死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能通用變頻器。它具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性,完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力和較高的可靠性

一般都內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量（反饋量）由模擬輸入通道給定，目標(biāo)值（溫度、壓力、流量等）由數(shù)字量設(shè)定最大值（0—9999）給定。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使目標(biāo)量的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失真，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波系數(shù)，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，PLC僅采用一個(gè)開關(guān)量輸入/輸出的即可，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器應(yīng)用于恒壓供水，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，可節(jié)省安裝調(diào)試時(shí)間。

隨著我國(guó)供水行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們生活水平的日益提高，高層樓宇的興建越來越多，樓宇恒壓供水工程具有很大的發(fā)展空間。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同行交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)論文寫作過程中也提高了我的專業(yè)工作能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。

六、參考文獻(xiàn)書目

? 《SA系列變頻器操作手冊(cè)》

上海復(fù)旦國(guó)家大學(xué)科技園 ? 《MASTER-K120S系列PLC使用手冊(cè)》 趙明 許繆 主編 ? 《電氣控制與PLC》 李振安 主編 ? 《實(shí)用電氣工程師手冊(cè)》

許立莘

主編

第五篇：基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí) 訓(xùn)（習(xí)）報(bào) 告

課程名稱：專 業(yè) 綜 合 實(shí) 訓(xùn)

專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動(dòng)化

班 級(jí)：

學(xué) 號(hào)：

姓 名：

指導(dǎo)教師： 成 績(jī)：

完成日期：

目 錄

1、PLC簡(jiǎn)介.........................................................................................................1 1.1、可編程控制器的產(chǎn)生..................................................................................1 1.2、PLC的發(fā)展..................................................................................................3 1.3、PLC的未來展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特點(diǎn)..................................................................................................4 1.5、PLC的組成..................................................................................................5 1.5.1、中央處理單元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存儲(chǔ)器.......................................................................................................6 1.5.3、輸入/輸出模塊..........................................................................................8 1.5.4、擴(kuò)展模塊...................................................................................................9 1.5.5、編程器.......................................................................................................9 1.5.6、電源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、掃描技術(shù).................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間.............................................................................13 1.7、梯形圖程序設(shè)計(jì)........................................................................................13

2、方案的論證...................................................................................................15 2.1、工藝過程分析............................................................................................15 2.2、PLC型號(hào)的選擇........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì).....................................................................17 3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路............................................................................17 3.2、輸入/輸出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖............................................................................18

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì).............................................................19 4.1、程序流程圖................................................................................................19 4.2、梯形圖........................................................................................................20 4.3、系統(tǒng)程序的具體分析................................................................................21

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表................................................22

5、總結(jié)...............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。致

謝.............................................................................................................24 參考文獻(xiàn).............................................................................................................25

摘要

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測(cè)可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測(cè)水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

關(guān)鍵詞： 水位控制、歐姆龍PLC

1、PLC簡(jiǎn)介

1.1、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲(chǔ)存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過程控制能力。因此，無(wú)論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。

可編程控制器(Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱PC。為了與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。

可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器—接觸器控制難以滿足市場(chǎng)要求，此問題首先被美國(guó)通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)

品多樣性的需求，公開對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。

這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。

用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語(yǔ)言”編程，其標(biāo)志性語(yǔ)言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語(yǔ)言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。

PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。

我國(guó)在八十年代初才開始使用PLC，目前從國(guó)外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國(guó)GE公司GE系列和德國(guó)西門子公司S系列等。

1.2、PLC的發(fā)展

雖然PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上 以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語(yǔ)言—梯形圖一直沿用至今。

在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。

進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

1.3、PLC的未來展望

21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

1.4、PLC的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

1.5、PLC的組成

PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。

圖1.1 典型PLC組成框圖

1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

進(jìn)一步提高PLC可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

1.5.2、存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。

1、PLC常用存儲(chǔ)器類型

（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存

儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。

（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。

2、PLC存儲(chǔ)空間分配

各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：

（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)

（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC性能。

系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。

（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字（16個(gè)bit）。整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。

（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持存儲(chǔ)區(qū)域，前者PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)PLC

斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。

用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。

1.5.3、輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接收的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給

執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.5.4、擴(kuò)展模塊

當(dāng)一個(gè)PLC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計(jì)數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

1.5.5、編程器

它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。

目前編程器主要有以下三種類型：

1.便攜式編程器(也叫簡(jiǎn)易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器。

便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。

圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。

使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。

用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)

時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。

監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。

現(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小型機(jī)僅有10來點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。

用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開支，減少不必要的投資。

當(dāng)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí)，PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。

1.5.6、電源

PLC中的電源一般有三類：

1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)放使用；

2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；

3、鋰電池及其充電電源。

考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。

目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將 PLC分為三大類：

小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無(wú)模擬量）；

中型機(jī)：256 ~ 2048點(diǎn)（64 ~ 128路模擬量）；

大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 ~ 512路模擬量）。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

1.6、PLC的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。

為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC

與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1.6.1、掃描技術(shù)

當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如圖2.2所示：

圖1.2 PLC 掃描周期

1、輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

3、輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。

1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間

為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。

1.7、梯形圖程序設(shè)計(jì)

梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形化編程語(yǔ)言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡(jiǎn)單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。

指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號(hào)組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語(yǔ)句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。

通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：

1、梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形

呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。

2、梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。

3、梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。

4、梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。

5、繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。

6、PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。

當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始。

2方案的論證

2.1、工藝過程分析

水塔水位控制系統(tǒng)過程分析：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時(shí)S4,S3,S2,S1均為ON。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥Y打開(10.02通電)，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過4S，而水池液位沒有超過水池下限位（傳感器S4仍為ON），說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說明系統(tǒng)在正常的工作。此時(shí)只有水池下限位有水，系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關(guān)閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時(shí)（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。

2.2、PLC型號(hào)的選擇

輸入:系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕一個(gè),系統(tǒng)停止按鈕一個(gè),液位傳感器四個(gè)分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個(gè)，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個(gè)輸入點(diǎn)。

輸出:Y閥,故障指示燈 ,水泵M。輸出共有3個(gè)，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個(gè)輸出點(diǎn)。可以選OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。

2.3、工作控制方式

采用工控機(jī)作為上位機(jī)、PLC系統(tǒng)作為下位機(jī)的兩級(jí)控制模式。PLC控制系統(tǒng)是該程控系統(tǒng)的核心，工控機(jī)作為監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)使用。

1、上位機(jī)：計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，用于完成狀態(tài)顯示、打印輸出、向PLC發(fā)送分類控制信號(hào)等功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，計(jì)算機(jī)還是圖象處理的核心。

2、下位機(jī)：PLC作為下位機(jī)，用來完成狀態(tài)判別、輸出控制等工作。它直接控制電磁閥、繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價(jià)格適中、可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的可編程控制器歐姆龍CPM2A型PLC來實(shí)現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)工藝的控制要求的。歐姆龍PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴(yán)密高速的程序控制器，配有豐富的指令系統(tǒng)，易于用戶編程，具有豐富的特殊模塊和通信能力，可以滿足生產(chǎn)自動(dòng)化的多級(jí)要求。本系統(tǒng)采用CPM2A是一種功能完善的緊湊型PLC，大程序容量和存儲(chǔ)單位。另外CPU單元帶RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信協(xié)議可實(shí)現(xiàn)程序傳送，數(shù)據(jù)通信等功能。

歐姆龍公司C系列的小型機(jī)CPM2A型PLC 20點(diǎn)輸入/輸出，配有CX-Programmer軟件用于控制部分編程時(shí)使用。

3、通信方式：CPM2A CPU支持多樣的通信協(xié)議：點(diǎn)到點(diǎn)（Point-to-Point）接口（PPI）、多點(diǎn)接口（Multi-Point）（MPI）。這些都基于系統(tǒng)內(nèi)通信結(jié)構(gòu)模型，都是異步、基于字符的協(xié)議。其中PPI方式是非常簡(jiǎn)單方便的通信協(xié)議，只需要一根RS-232C線進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。因此，本系統(tǒng)選擇PPI方式，簡(jiǎn)單且能滿足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和計(jì)算機(jī)互聯(lián)。

上位機(jī)與下位機(jī)之間通過RS-232連接構(gòu)成HOST LINK協(xié)議進(jìn)行通信。RS-232又稱為EIA-232C或RS-232C，是最通用的一種串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。它是一種點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，只能連接兩個(gè)通信設(shè)備。19200波特率時(shí)，最大距離為75米；9600波特率時(shí)，最大距離為900米。計(jì)算機(jī)的串口即為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。使用RS-232轉(zhuǎn)換器可以免掉一個(gè)RS-422串行接口板。

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)

水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示

圖3.1 水塔水位自動(dòng)控制示意圖

3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路

圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)電路圖

3.2、輸入/輸出分配

水塔水位控制系統(tǒng)I/O分配表見表3.1。

表3.1 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)I/O分配表

輸入

操作功能 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 液位傳感器s4 液位傳感器s3 液位傳感器s2 液位傳感器s1

地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Y閥

輸出

操作功能 故障指示燈 水泵M

地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖

水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3 所示：

圖3.3 水塔水位控制系統(tǒng)接線圖

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)

4.1、程序流程圖

水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如圖5.1：

圖4.1 水塔液位自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖

4.2、梯形圖

PLC控制程序用CX-Programmer編程軟件開發(fā)。CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程﹑調(diào)試的工具程序，其運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡(jiǎn)捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能。可實(shí)現(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長(zhǎng)于大型程序的編寫，彌補(bǔ)了手編程器編程效率低的不足[1]。CX-Programmer編程軟件支持模塊化設(shè)計(jì)，在程序編寫時(shí)可以直接將編寫好的程序通過RS-232C傳送到PLC來控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖如5.2所示：

圖4.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖

4.3、系統(tǒng)程序的具體分析

PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中易出現(xiàn)的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問題。

PLC執(zhí)行用戶程序是從梯形圖左母線開始由上至下，由左向右逐個(gè)掃描每個(gè)梯級(jí)的每個(gè)元素，進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí)CPU只是與映象區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號(hào)。當(dāng)CPU執(zhí)行到END指令時(shí)，表示程序段結(jié)束，則此次掃描用戶程序結(jié)束。PLC控制程序分析

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下00000系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運(yùn)行停止。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進(jìn)水(Y為ON),當(dāng)S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)Y打開進(jìn)水（Y為ON）定時(shí)器開始定時(shí)，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障。

實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)S4為OFF時(shí)（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)S2為ON，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī)M停止。

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表

水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：

圖4.3 水塔水位控制系統(tǒng)的指令表

總結(jié)

五個(gè)星期的PLC實(shí)訓(xùn)很快結(jié)束了，在這短暫的實(shí)訓(xùn)時(shí)間里，經(jīng)過老師、同學(xué)的指導(dǎo)，我獲益匪淺，學(xué)習(xí)了不少關(guān)于自己專業(yè)方面的知識(shí)。

在完成項(xiàng)目期間，我們組的分工明確，有負(fù)責(zé)編程的，有負(fù)責(zé)報(bào)告找資料，有負(fù)責(zé)畫電路圖的……雖說分工明確，但在完成項(xiàng)目過程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個(gè)學(xué)員學(xué)到更多的專業(yè)知識(shí)，使每個(gè)組員更上一個(gè)層次。實(shí)訓(xùn)期間，我主要負(fù)責(zé)編程、報(bào)告及找資料，但這并不是說我在其他組員做他們?nèi)蝿?wù)時(shí)置之不理，與我無(wú)關(guān)。我在旁邊和組員一起，參與其中的討論分析，并會(huì)不時(shí)幫助他們完成任務(wù)。而同樣我在做我的任務(wù)時(shí)，他們也會(huì)經(jīng)常幫我解決一些我無(wú)法解決的問題。這樣，我們組在完成這兩個(gè)項(xiàng)目還是比較順利的。

我做的這個(gè)題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。在此時(shí)對(duì)以前學(xué)習(xí)的知識(shí)的挑戰(zhàn)與突破。在對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時(shí)，對(duì)于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時(shí)在對(duì)搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，以及實(shí)際應(yīng)用操作的情況下，提高了實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。

通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡(jiǎn)單編程方法，對(duì)于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)PLC軟件時(shí)，由于我對(duì)一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對(duì)的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時(shí)，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因?yàn)槲覜]有把理論和實(shí)踐相結(jié)合，缺乏動(dòng)手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實(shí)際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。

如今設(shè)計(jì)是做完了，可是我的學(xué)習(xí)之路還沒有完，這次實(shí)訓(xùn)讓不僅學(xué)習(xí)了不少與自己專業(yè)相關(guān)的知識(shí)，而且還懂得了團(tuán)隊(duì)的力量，并且讓自己更相信一分努力一分收獲，積極的學(xué)習(xí)態(tài)度在以后的學(xué)習(xí)、工作中是永遠(yuǎn)缺少不了的！并明白人這一輩子不能僅僅局限于那一點(diǎn)點(diǎn)滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實(shí)踐，提升自己的動(dòng)手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。

致

謝

本文是在指導(dǎo)老師悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到相關(guān)材料的收集，從論文框架的設(shè)計(jì)到具體內(nèi)容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著指導(dǎo)老師的心血。在此，學(xué)生表示最誠(chéng)摯的謝意。在老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、積極的人生觀、學(xué)術(shù)上孜孜追求的精神以及對(duì)學(xué)生無(wú)微不至的關(guān)懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生重要影響。

在完成整個(gè)論文期間，對(duì)各位老師、同學(xué)、朋友、親人辛勤勞動(dòng)以及他們?cè)谥螌W(xué)和人品上給予我的深刻影響，我同樣銘記在心，并表示由衷的感謝。

在此，我向所有在學(xué)業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學(xué)、朋友和親人致以最真誠(chéng)的謝意。

最后，感謝各位專家、學(xué)者在百忙之中審閱我的拙作。

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